OFDM水声通信系统的联合同步和信道估计技术研究

摘要

海洋水声信道是一种极其复杂多变的时.空一频变信道。信道带宽窄、多径干扰强、传输损耗大是水声通信中实现高速可靠传输的主要障碍。正交频分复用技术(OFDM)是一种多载波调制技术，有较高的频带利用率和传输速率，在不使用复杂的信道均衡技术的条件下可以较好地克服由多径效应带来的码间串扰(ISI)。但是，OFDM对同步误差非常敏感，当存在同步误差必然会引入子载波间干扰(ICI)或ISI，这将影响信道估计的准确度，进而影响OFDM的系统性能。OFDM系统要在接收端获得信道信息，实现实时而准确的相干解调，信道估计是必不可少的。本文针对这些问题研究了OFDM水声通信系统中的联合同步和信道估计技术，并进行了仿真和试验，结果表明系统有效，方法可行。全文的主要工作概括如下： 一、论文在分析水声信道的特性和OFDM系统的基本原理的基础上，介绍了OFDM水声通信系统的基本实现结构和系统参数的选择。 二、对OFDM系统中的信道估计技术进行研究。着重对基于频域导频的信道估计算法进行归纳和总结，在讨论传统导频分布格式优缺点的基础上，给出了基于块状导频直接判决和梳状导频联合跟踪的改进算法。最后，我们还介绍了基于CAZAC序列相关运算的信道估计算法。 三、在分析同步误差对信道估计性能影响的基础上，研究了基于最大似然准则和基于判决的联合同步和信道估计技术。通过仿真，对比分析了算法在AWGN信道和多径衰落信道下的同步、信道估计性能。最后通过实验室水池和海洋试验进一步验证了联合估计算法在实际系统中的性能。结果表明，本文介绍的联合估计算法在水声通信中是行之有效的。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3论文的主要内容

第二章OFDM水声通信系统

2.1 水声信道的特性

2.1.1 声传播损失

2.1.2多径效应

2.1.3多普勒效应

2.1.4海洋环境噪声

2.2 OFDM系统模型

2.2.1 OFDM系统基本原理

2.2.2 OFDM水声通信系统参数的选择

2.2.3 OFDM水声通信系统的基本结构

2.2.4 OFDM信号在时间和频率选择性衰落信道的传播

2.3本章小结

第三章OFDM系统中的信道估计技术

3.1 基于频域导频的信道估计技术

3.1.1 导频的选择与插入

3.1.2导频位置信道响应的估计

3.1.3 OFDM信道估计中的插值和跟踪算法

3.1.4仿真结果与分析

3.2基于判决和导频跟踪的信道估计改进算法

3.3基于时域训练序列的信道估计技术

3.3.1 CAZAC序列

3.3.2基于CAZAC序列相关运算的信道估计算法

3.3.3仿真结果与分析

3.4本章小结

第四章 OFDM系统中的联合同步和信道估计技术

4.1 OFDM同步技术概述

4.2同步误差对信道估计性能的影响

4.2.1 定时误差对信道估计性能的影响

4.2.2频率偏差对信道估计性能的影响

4.3基于最大似然准则的联合同步和信道估计算法

4.3.1算法描述

4.3.2仿真结果与分析

4.4基于判决的联合同步和信道估计算法

4.4.1算法描述

4.4.2仿真结果与分析

4.5 OFDM水声系统的联合同步和信道估计算法性能分析

4.5.1 符号定时同步算法性能比较分析

4.5.2载波频率同步算法性能比较分析

4.5.3信道估计算法性能比较分析

4.6本章小结

第五章水池及海洋试验

5.1水池试验

5.1.1 水池试验环境

5.1.2水池试验结果及分析

5.2海洋试验结果

5.2.1海洋环境

5.2.2海洋试验结果及分析

5.3本章小结

第六章总结与展望

参考文献

致谢